Erste Mondaufnahme der ShadowCam

ShadowCam M012728826: Die erste Aufnahme zeit einen 2400 m großen Teil der unteren Wand (oberer Bildteil) und des Bodens des Mondkraters Shackleton am Südpol des Mondes / Quelle: NASA/KARI/Arizona State University

ShadowCam, die “Schattenkamera”, ist eines der sechs Instrumente an Bord der im August 2022 gestarteten südkoreanischen Mondsonde KPLO, auch bekannt als “Danuri”. Die Kamera wurde von der NASA beigesteuert. Sie wurde auf Basis der NAC (Narrow Angle Camera) des Kamerasystems LROC entwickelt, das bereits seit 15 Jahren auf der NASA-Sonde LRO fliegt.

Entwicklungsziel war eine sehr hohe Lichtempfindlichkeit bei hoher Auflösung. Damit kann man dediziert die Böden tiefer Mondkrater in Polnähe untersuchen, in denen es für eine normalempfindliche Kamera zu dunkel ist. Und zwar immer, weil die Rotationsachse des Mondes nur um 1.5 Grad von der Polrichtung der Ekliptik abweicht, können um die Polen des Mondes herum Orte dauernder Helligkeit  (PEL = Point of Eternal Light) oder dauernder Dunkelheit (PSR = Permanently Shadowed Regions) existieren. 

Geometrische Darstellung der Mondebene und Mondachse relativ zur Ekliptik, Quelle: Wikipedia

Der Zeilensensor der ShadowCam übertrifft die LROC NAC in punkto Empfindlichkeit um den Faktor 800. Für Fotografen: Das entspricht einem Lichtwert-Unterschied von fast 9. Es ist so, als vergleiche man die ISO-Einstellung 100 mit einer zwischen 12,800 und 25,600! Damit kann man die nur von schwachem Streulicht erhellten Kraterböden sichtbar machen, aber für sonnenbeschienene Gegenden ist die Kamera viel zu empfindlich.

ShadowCam schießt Schackleton

Die erste Aufnahme der ShadowCam zeigt einen etwa 2400 m breiten Ausschnitt des südpolnahen Kraters Shackleton, auf dessen Rand der Südpol selbst liegt. Dieser Punkt gilt als PEL, der Kraterboden hingegen als PSR. 

ShadowCam M012728826: Die erste Aufnahme zeit einen 2400 m großen Teil der unteren Wand (oberer Bildteil) und des Bodens des Mondkraters Shackleton am Südpol des Mondes / Quelle: NASA/KARI/Arizona State University
ShadowCam M012728826: Die erste Aufnahme zeit einen 2400 m großen Teil der unteren Wand (oberer Bildteil) und des Bodens des Mondkraters Shackleton am Südpol des Mondes / Quelle: NASA/KARI/Arizona State University

Der hellere, obere Bildteil zeigt die Kraterwand und der Rest einen Teil des Kraterbodens. Die Aufnahme ist beeindruckend: selbst feine Strukturen sind noch auszumachen. Der Lichteinfall scheint von links zu kommen, in etwa aus der 8h-Richtung. Es sind einige Einschlagskrater aller Größen zu sehen. Gleich unterhalb der Kraterwand liegen auch größere Felsbrocken, die heruntergerollt und dort zum Liegen gekommen sind. Auch eine von Geröll hinterlassene Spur ist zu sehen. 

Der Vergleich mit der ersten LRO-Aufnahme von 2009 zeigt deutlich den Effekt der Empfindlichkeitssteigerung. Dort ist die Umgebung des Kraters gut zu sehen, aber die Schattenregionen versinken in vollkommener Dunkelheit. 

Ausschnitt der ersten Aufnahme M101013931 der Kamera LROC, die einen Teil des Rands und des Inneren vom Krater Schackleton zeigt, Quelle: NASA/GSFC/Arizona State University
Ausschnitt der ersten Aufnahme M101013931 der Kamera LROC, die einen Teil des Rands und des Inneren vom Krater Schackleton zeigt, Quelle: NASA/GSFC/Arizona State University

Hier kommt die Beleuchtung aus der entgegengesetzten Richtung, etwa von 2h. Man sieht neben den zahlreichen Kratern aller Größe noch kleinskalige Erhebungen in unmittelbarer Nähe des Kraterrands – vielleicht Reste des Auswurfmaterials? 

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Ich bin Luft- und Raumfahrtingenieur und arbeite bei einer Raumfahrtagentur als Missionsanalytiker. Alle in meinen Artikeln geäußerten Meinungen sind aber meine eigenen und geben nicht notwendigerweise die Sichtweise meines Arbeitgebers wieder.

7 Kommentare

    • Danke! Ja, man freut sich auf das, was da noch kommt. Wir sind ja mittlerweile gute Bilder von anderen Himmelskörpern gewohnt, aber das hier ist mal etwas Neues.

      Frohes neues Jahr, übrigens.

      • Ich wünsche Ihnen ebenfalls ein gutes neues Jahr. Und natürlich freue auch ich mich auf das was noch kommt, weil ich den Mond einfach faszinierend finde.

  1. Projekte wie ShadowCam, die an den Rand des physikalisch möglichen gehen, sollte es in der Raumfahrt viel mehr geben, denn letztlich kann die Technologie ganz allgemein davon profitieren. Auch die Technologie unseres Alltags. Von Kameras mit stark erhöhter Lichtempfindlichkeit könnten etwa Fahrassistenten und selbstfahrende Fahrzeuge eine wesentlich bessere Nachtsicht erhalten.
    Aber auch die Astronomie benötigt möglichst lichtempfindliche Kameras.

    Selber hab ich mich immer wieder gewundert wie schlecht der Mond eigentlich bis jetzt erkundet ist. Man weiss fast nichts über die permanent verschatteten Regionen trotz vieler Jahrzehnte der Monderforschung mittels Satelliten. Würde es nicht genügen einen 1 Watt starken Laser direkt auf den Mond zu richten um die Dunkelheit genügend aufzuhellen? Oder wäre dafür der Kontrast zwischen hellen und dunklen Stellen zu gross?

    Man weiss auch wenig über die Verhältnisse in den vielen Lava-Tubes auf dem Mond. Dabei könnten die doch prima Habitate abgeben, beträgt doch die Temperatur einige Meter unter der Mondoberfläche konstant -21 Celsius und in der Umgebung der Öffnung einiger Lava-Höhle wurde sogar eine Temperatur von konstant 17 Grad errechnet.

    Immer wieder die Grenzen des bisher möglichen überschreiten ist das, was es braucht, um Fortschritte zu machen.

    • Ich nehme an, man hat hier einfach von der bereits ziemlich weit entwickelten Kameraelektronik im Consumerbereich profitiert, die natürlich noch für die Weltraumanwendung qualifiziert werden musste.

      Nach wie vor problematisch ist natürlich immer noch die spektroskopische Untersuchung der Kraterböden. Wenn der Boden sehr kalt ist, hat man keine thermische Strahlung und wenn nur sehr wenig externe Strahlung darauffällt, auch keine Fluoreszenz. Da hat das Spektroskop nichts zum zerlegen.

      Mit einer Laserleistung von nur 1W wird man aus einem Abstand von rund 100 km angesichts des Auffächerns des Lasers keine nennenswerte Beleuchtung und schon gar keine Fluoreszenz erzeugen können.

      • @Michael Khan (Zitat): “Mit einer Laserleistung von nur 1W wird man aus einem Abstand von rund 100 km angesichts des Auffächerns des Lasers keine nennenswerte Beleuchtung und schon gar keine Fluoreszenz erzeugen können.“

        Doch, ich denke, das ist möglich wenn doch die ShadowCam 800 Mal empfindlicher als die bereits sehr empfindliche LROC NAC ist.

        Es stimmt, dass ein Laserstrahl sich auffächert. Doch bei einem physikalisch perfekten Laser ist diese Auffächerung gering und umso kleiner je kürzer die Wellenlänge des Lasers ist. Laserwellenlängen liegen typischerweise im Infraroten bei 800*10^-9 Metern (800 Nanometer).
        Der physikalisch perfekte Laser hat einen Auffächerungswinkel von
        θ= „Wellenlänge des Laserlichts“ / (π*“Radius des Laserstrahls“).
        Bei 100 Kilometer Abstand des Lasers von der Mondoberfläche und einem Radius des Laserstrahls von 1 Zentimeter erhalte ich damit eine beleuchtete Fläche von 5 x 5 Metern. Das ist natürlich nie erreichbar weil solch ein Laser eine sehr lange und perfekt geformte Kavität haben müsste. Aber etwas in der Grössenordnung 500 x 500 Meter liegt drin.

        Tatsächlich gibt es einen Mini— und Billigsatelliten der genau so – also mit Laserbeleuchtung – permanent verschattete Mondregionen beobachten und vermessen will. Diese Mission heisst Lunar Flashlight und ist ein 6U CubeSat, welcher in einer stark exzentrischen Bahn den Mond umkreist und ihm im nächsten Punkt bis auf 20 Kilometer Flughöhe nahe kommt. Im Wikipedia-Artikel liest man zum Spektrometer:

        Die vorgeschlagene Nutzlast auf diesem Nanosatelliten ist ein Infrarotspektrometer, das aus einer Linse, dichroitischen Strahlteilern und mehreren Einzelelementdetektoren besteht. Es belegt 2 der 6 Module des 6U CubeSat-Busses. 2] Das Lageregelungssystem (Blue Canyon Technologies’ XACT-50), die Befehls- und Datenverarbeitung sowie die Energiesysteme werden 1,5 HE belegen; das Iris-Telekommunikationssystem wird 0,5U belegen.[ 3]

        Übrigens gibt es Projekte, Energie in Form von Mikrowellenstrahlung aus einem geostationären Orbit (36‘000 Kilometer über der Erdoberfläche) auf die Erde hinunterzustrahlen. Das ist nur bei sehr geringer Divergenz des Strahls möglich. Die 100 Kilometer Abstand von der Mondumlaufbahn zur Mondoberfläche sind im Vergleich zum Abstand vom geostationären Orbit zur Erdoberfläche geradezu nichts.

  2. Ich bin da immer noch etwas skeptisch. Oder zumindest verwundert. Die auftreffende Lichtleistung durch Laserbeleuchtung vergleiche ich mit dem Beleuchtungseffekt des Sonnenlichts (um 1 kW/qm) oder selbst dem von der Erde reflektierten Streulicht (etwa 1% der Sonneneinstrahlung, also 10 W/qm. Folgt man Ihren Annahmen, schafft der Laser eine Lichtleistung von etwa 5 Mikrowatt / qm. Das soll für Spektroskopie reichen?

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